package _0000_study._algorithm.sorting.exchangesort.quicksort;


import _0000_study._algorithm.sorting.SortTestHelper;

public class QuickSort {

    // 我们的算法类不允许产生任何实例
    private QuickSort() {
    }

    // 对arr[l...r]部分进行partition操作
    // 返回p, 使得arr[l...p-1] < arr[p] ; arr[p+1...r] > arr[p]
    private static int partition(Comparable[] arr, int l, int r) {

        // 随机在arr[l...r]的范围中, 选择一个数值作为标定点pivot
        // 为了解决数组在几乎有序的情况下，快排时间复杂度退化为 O(n^2) 的问题（因为每次分的两部分极度不平衡）
        // 但是该版本快排仍存在问题：当存在大量重复数据的数组后，快排时间复杂度仍然退化为 O(n^2) （原因依然是每次分的两部分极度不平衡）
        swap(arr, l, (int) (Math.random() * (r - l + 1)) + l);

        Comparable v = arr[l];

        //          arr[l+1...j] > v     arr[j+1...i-1] < v
        // \--\   \--\--\--\--\--\--\   \--\--\--\--\--\--\   \--\--\--\--\--\--\--\--\
        //   l     l+1            j     j+1            i-1     i
        // if(nums[i] > nums[l])   (1) 交换nums[i]和nums[j+1];   (2) j++;   (3)i++;考察下一个元素
        // 最后交换nums[l]和nums[j]

        int j = l; // arr[l+1...j] < v ; arr[j+1...i) > v
        for (int i = l + 1; i <= r; i++)
            if (arr[i].compareTo(v) < 0) {
                j++;
                swap(arr, j, i);
            }

        swap(arr, l, j);

        return j;
    }

    // 递归使用快速排序,对arr[l...r]的范围进行排序
    private static void sort(Comparable[] arr, int l, int r) {

        // 对于小规模数组, 使用插入排序
        if (r - l <= 15) {
            InsertionSort.sort(arr, l, r);
            return;
        }

        int p = partition(arr, l, r);
        sort(arr, l, p - 1);
        sort(arr, p + 1, r);
    }

    public static void sort(Comparable[] arr) {

        int n = arr.length;
        sort(arr, 0, n - 1);
    }

    private static void swap(Object[] arr, int i, int j) {
        Object t = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = t;
    }

    // 测试 QuickSort
    public static void main(String[] args) {
        String sortClassName = SortTestHelper.packagePrefix +
                ".exchangesort.quicksort.QuickSort";

        // Quick Sort也是一个O(nlogn)复杂度的算法
        // 可以在1秒之内轻松处理100万数量级的数据
        int N = 1000000;
        Integer[] arr = SortTestHelper.generateRandomArray(N, 0, 100000);
        SortTestHelper.testSort(sortClassName, arr);
    }
}